Modulating Metal‐Nitrogen Coupling in Anti‐Perovskite Nitride via Cation Doping for Efficient Reduction of Nitrate to Ammonia

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作者
Zhiheng Gong,Xuepeng Xiang,Wenye Zhong,Chenghao Jia,Peiyan Chen,Nian Zhang,Shijun Zhao,Weizhen Liu,Yan Chen,Zhang Lin
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (38) 被引量:51
标识
DOI:10.1002/anie.202308775
摘要

The complexes of metal center and nitrogen ligands are the most representative systems for catalyzing hydrogenation reactions in small molecule conversion. Developing heterogeneous catalysts with similar active metal-nitrogen functional centers, nevertheless, still remains challenging. In this work, we demonstrate that the metal-nitrogen coupling in anti-perovskite Co4 N can be effective modulated by Cu doping to form Co3 CuN, leading to strongly promoted hydrogenation process during electrochemical reduction of nitrate (NO3- RR) to ammonia. The combination of advanced spectroscopic techniques and density functional theory calculations reveal that Cu dopants strengthen the Co-N bond and upshifted the metal d-band towards the Fermi level, promoting the adsorption of NO3- and *H and facilitating the transition from *NO2 /*NO to *NO2 H/*NOH. Consequently, the Co3 CuN delivers noticeably better NO3- RR activity than the pristine Co4 N, with optimal Faradaic efficiency of 97 % and ammonia yield of 455.3 mmol h-1 cm-2 at -0.3 V vs. RHE. This work provides an effective strategy for developing high-performance heterogeneous catalyst for electrochemical synthesis.
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